無鈷電池能否成為新能源霸主？

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“出不了遠門”。生活中，電動汽車的續航問題時常困擾用戶。其實，科學家一直致力于提升電池“電力”，從鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，再到鋰離子電池，通過理論突破、材料創新，電池的能量密度一直不斷提高。

鋰離子電池是一個電化學神童，無論是電話和筆記本電腦這樣的普通小工具，還是火星上的探測器等極端應用，我們都可以使用它。鋰離子電池對現代生活非常重要，在此過程中，電池行業發展對鈷越來越依賴，但隨著供應量的增加，出于成本和環保的需求，無鈷電池的呼聲越來越高。

比如新能源汽車巨頭特斯拉，其合作的是松下NCA（鎳鈷鋁）模式的三元鋰電池，特斯拉前不久合作的LG化學，其主營業務也是三元鋰電池，并主推NCM811高鎳三元鋰電池技術路線。特斯拉創始人馬斯克一直致力于減少鈷的用量，高鎳電池的鈷元素用量為3%左右，他希望下一代車型中，在原料清單中將鈷元素徹底除掉。

為何要去除鈷元素

鈷是一種稀有、有毒和有光澤的礦物質，存在于當今幾乎所有使用的鋰離子電池的帶負電的電極（或陰極）中。它昂貴、沉重，瘋狂的價格波動與脆弱的全球供應鏈相關。這種材料在穩定電池和提高其能量密度方面起著至關重要的作用。盡管存在實驗性的無鈷電池，但直到現在，它們都存在主要的性能問題，例如壽命有限和充電速度較慢。

這些粉末樣品將被制成無鈷陰極

鈷可占鋰離子陰極材料的五分之一，通常具有以下兩種原料之一：NMC（鎳錳鈷氧化物）或NCA（鎳鈷鋁氧化物），這些電池中的鈷具有穩定作用，并防止可能導致電池著火的陰極腐蝕。它也可以提高電池的充電率，但是原材料非常昂貴并且很難獲得。

它還有一些社會問題，世界上近三分之二的鈷是在剛果民主共和國開采的，是大規模鎳和銅開采的副產品，這些獨立礦工在沒有任何監督的情況下運作，導致了一些安全性問題。

7月份，得克薩斯大學（University of Texas）的三位研究人員組成的小組報告了使用完全消除鈷的新型陰極化學物質進行測試的結果，他們在一個小型的實驗性鋰離子袋式電池中使用了富含鎳的陰極，其大小約為一副紙牌。盡管該電池的能量密度比典型的鈷電池略低，但它能夠以更高的電壓和相似的充電速率工作。即使經過1000次完整的充放電循環（這是商用電池的典型壽命），實驗電池的性能仍可與具有鈷陰極的電池媲美。

研究人員開發出的陰極通過增加鎳含量來減少鈷，他們的電池結合了NMC和NCA陰極的成分，創建了無鈷NMA（鎳錳鋁氧化物）陰極。盡管該團隊并不是第一個開發無鈷或高鎳陰極的團隊，但研究人員說，這是第一個沒有主要性能缺陷（如電池壽命短和能量密度低）的團隊。

無鈷電池的商業化之路

世界銀行最近的一份報告預測，在未來的幾十年中，鈷的產量將增加500%，才能滿足對鋰離子電池不斷增長的需求，單靠剛果民主共和國將無法獨自滿足這一需求。全球范圍內有多家鈷礦勘探企業正在進行中，深海采礦仍是一個有爭議的問題，即便是在海底發現了最大的鈷礦床，無鈷陰極依然比鋰離子電池更具價格優勢，更環保，值得推廣。

密歇根大學電池實驗室的技術主管格雷格·萊瑟表示，還需要做更多的測試來解決其他類似的陰極化學所遇到的問題，例如錳在高溫下熔解的趨勢，但是電池的初始測試結果令人鼓舞。

為了實現這一目標，曼西拉姆和他的團隊使用了專門的技術在納米級上混合成分，這涉及將包含鎳、錳和鋁離子的溶液泵入反應器，在反應器中將其與另一種與金屬離子結合的溶液混合。結果是金屬氫氧化物的精細混合粉末，將其與氫氧化鋰一起烘焙以產生用于陰極的材料。在整個過程中，必須精確控制泵速和溫度，以確保所得陰極材料具有正確的結構和組成。

將這些元素混合在一起后，再將陰極放入帶有常規石墨陽極的實驗性鋰離子袋式電池中。在測試過程中，他們發現其性能與市售的帶有鈷陰極的鋰離子電池，在不同的充電速率和數百次充電循環中的性能相匹配。不過無鈷陰極的能量密度略低，這意味著它可以存儲的鋰離子更少，但研究人員認為，可以通過進一步改善其化學性質來彌補這一差距。

將無鈷陰極技術商業化，與現有電池制造工藝集成，例如消費類電子產品、電動汽車和電網儲能，在幾年內投放市場，是這些研究實驗室的目標，一家名為Sparkz的初創公司最近獲得了能源部國家實驗室的無鈷陰極技術的商業許可。

代表生產商的非營利性貿易組織鈷學會的前任主席兼現任顧問戴維·懷特表示，鋰離子電池帶來了穩定性和性能優勢，制造它們的公司花費了數年和數十億美元來完善其陰極化學性能，這意味著任何新玩家都必須克服很多行業慣性。懷特說：“在不需要鈷的化學系統成為商業現實之前，我們在未來還有很長的路要走。”

與蘋果較勁需要耐心

更深刻的沖突是控制：誰負責管理虛構宇宙中的眾多APP跟游戲？假如《堡壘之夜》中有一天出現了付費音樂服務——類似 Spotify，蘋果也可以抽成嗎？假如出現惡意的內容，蘋果需要負責嗎？不只Epic Games想做虛構宇宙，所有的游戲串流服務，如微軟的xCloud 與Google的 Stadia，也都往此目標邁進。因此也相繼被蘋果攔下，禁止上架。

蘋果的聲明是：我們的顧客享受數百萬開發者所提供的優良APP 與游戲，而游戲當然可以存在 APP Store里，只要它們遵從所有開發者都適用的規范，包括單獨提供游戲以供審查，以及出現在游戲搜索與排行榜上。xCloud（與 Stadia）中有許多游戲，不愿意一一送交蘋果審查，蘋果為了管控安全就禁止上架。

但《堡壘之夜》、xCloud 與 Stadia 仰賴云，配置相對不重要。游戲的樂趣也更多來自玩家之間（跨配置）的互動，而不是配置的效能。從 Epic 的角度看，配置只是游戲的入口，不是游戲的基礎。既然要搶主導權，Epic 現在較勁比較好，過去 Epic 也曾經說服索尼開放《堡壘之夜》跨平臺。趁現在手機用戶僅占Epic不到20%的營收，講話還可以大聲點。

但蘋果也不打算退讓，因為手機是蘋果的生計來源，而垂直整合是喬布斯生前的核心思維。過去蘋果曾面對相似處境，比如率先停止支援 Flash，引發 Adobe 的不滿，而當時Flash 也是一個跨平臺的軟件環境。蘋果不會讓出平臺的位置，也不會讓第三方站在蘋果與開發者之間，可以預測未來蘋果會自主開發虛構宇宙或串流游戲平臺，進一步垂直整合。Epic 面對這樣一個強大敵人，要有足夠的耐心和實力。